Teoria das supercordas, gravitação quântica, supersimetria. Estas palavras, que soam como idioma estrangeiro para a maioria das pessoas são, na verdade, partes da física teórica. Perguntado sobre os maiores desafios deste campo, o professor do Instituto de Física (IF) da USP, Victor Rivelles, hesitou durante alguns segundos. Afinal, são tantos os degraus a serem superados e "nós" a serem resolvidos numa área que se preocupa com temas tão intrigantes que é difícil enumerá-os – e pode-se, sem erro, dizer que pesquisá-la já é em si um desafio.

Mas um dos temas que mais têm instigado os físicos nas últimas décadas é a criação de uma "teoria de tudo", que possa elegantemente descrever leis universais válidas para todas as situações sem cair em paradoxos ou inconsistências. Uma destas teorias é o foco de uma rede internacional e de um projeto temático coordenado por Rivelles no IF: a gravitação quântica.   

Toda natureza, em nível microscópico, é bem descrita pela mecânica quântica, pela qual se pode compreender, por exemplo, as propriedades dos átomos, de seus núcleos e de partículas menores como os elétrons. "Temos uma descrição bem eficiente e sabemos de maneira até bastante profunda o que acontece entre distâncias bem pequenas [o chamado 'modelo padrão' da teoria quântica]. Por outro lado, há também uma ótima descrição do que ocorre a distâncias muito grandes: as interações que se passam entre os componentes do sistema solar, da galáxia e do próprio universo", explica Rivelles. Essa teoria que procura explicar como os objetos se comportam a distâncias muito grandes é chamada relatividade geral, e teve seus princípios desenvolvidos por Albert Einstein.

Mas, segundo o professor, quando se tenta unificar as duas teorias citadas, chegando-se a uma terceira que ache os efeitos da mecânica quântica na relatividade geral, encontram-se inúmeras incoerências. Isso foi descoberto na década de 1950 e largamente formalizado na década de 1960. "Da maneira como foram concebidas, estas duas grandes teorias que emergiram no século XX são inconsistentes entre si. Entre vários outros impedimentos, não se pode, por exemplo, aplicar a relatividade geral nas situações em que há uma quantidade muito grande de energia envolvida, como é o caso nas proximidades de um buraco negro [estrela de grande densidade que possui um campo gravitacional extremamente forte, de maneira que a própria luz é atraída para dentro dela, e não é refletida, tornando a estrela invisível, apesar de ter sua existência detectada por outros métodos]. O centro do buraco negro também não pode ser tratado do ponto de vista da relatividade geral, pois é uma singularidade, isto é, um local em que as leis da física não podem ser aplicadas de maneira convencional, em que as teorias precisam ser ampliadas".

A área de gravitação quântica procura justamente resolver o problema de compatibilizar os dois grandes campos teóricos, modificando a relatividade geral – já que os postulados da mecânica quântica, de acordo com Rivelles, não podem ser alterados. "Várias pessoas, inclusive o próprio Einstein, que não aceitava a mecânica quântica senão como uma teoria provisória, tentaram isto sem sucesso. A única teoria de unificação que obteve êxito, que é a teoria de cordas, vai modificar a relatividade geral."

As leis que regem a interação entre as partículas subatômicas, a distâncias mínimas uma das outras, são descritas pela mecânica quântica. Já às leis que regem as forças de interação entre objetos maiores, como a atração gravitacional entre os corpos celestes, são descritas na relatividade geral. A teoria de cordas, de que faz parte a gravitação quântica, unifica estas duas grandes vertentes, antes incompatíveis, modificando a relatividade geral.

A teoria de cordas
A base da teoria de cordas é assumir que os objetos fundamentais da natureza, como as partículas subatômicas (quarks, elétrons, fótons, neutrinos), não são pontuais, mas sim objetos estendidos unidimensionais denominados cordas. "Quando se toma, por exemplo, um átomo, sabe-se que ele não é indivisível, mas composto de outras partículas. As cordas, pelo contrário, não são compostas de mais nada, são indivisíveis. E uma corda não é só um quark, só um elétron ou só um fóton; pode ser qualquer um deles dependendo, no momento, da forma em que estiver oscilando. Neste sentido é que as partículas conhecidas seriam como que vibrações de uma única corda".

A teoria das cordas ou supercordas ainda não foi confirmada experimentalmente. "Ainda não há como testar a teoria na prática, por isso trata-se de uma proposta. Entretanto, ela apresenta bastante consistência interna: consegue descrever a relatividade geral [que inclui a gravidade], e consegue ao mesmo tempo descrever o que conhecemos das partículas elementares [a mecânica quântica] sem resultar em nenhum problema teórico."

Experimentos que comprovem a existência das supercordas demandam quantidades extremamente grandes de energia. Nem mesmo o acelerador de partículas LHC, inaugurado em 2008, com funcionamento previsto para este ano – e que é o laboratório com maior energia disponível no mundo hoje – consegue alcançar o patamar de energia necessária para saber se os objetos são mesmo feitos de cordas. Ele só poderá ajudar a corroborar a teoria de cordas se ocorrerem coisas muito inusitadas nos experimentos, como explica o professor. "A teoria de cordas postula que existem mais dimensões no universo do que as que conhecemos: seis ou sete além das dimensões espaciais e do tempo. Se surgirem evidências da existência destas dimensões, será um ponto favorável à teoria de cordas. Mesmo que não se possa dizer se ela está completamente certa ou errada, já será uma mostra que estamos no caminho certo."

Relevância
Para quem acha pouco importante o estudo de questões tão abstratas como as que Rivelles aborda, o professor tem uma resposta. "Se olharmos para os países desenvolvidos, veremos que todos investem em ciência básica. Não há nenhum país desenvolvido que se possa apontar que não possua grandes laboratórios ou conjuntos de cientistas cuja única finalidade seja estudar coisas que não tenham aplicação direta nenhuma. O que eles desejam é simplesmente compreender como o universo funciona."

De acordo com o professor, para se perceber como o Brasil está perdendo esta corrida, é só comparar sua situação com o que está acontecendo na China, que já está construindo um acelerador de partículas. Lá já foram montados vários centros de pesquisa fora da universidade. As pessoas contratadas só trabalharão em pesquisa, não sendo obrigadas a dar aula – uma coisa, de maneira geral, impensável no Brasil. "O governo chinês sabe que este é um passo essencial para a nação que deseja ter uma indústria forte e competitiva. Não há como desenvolver apenas pesquisa aplicada sem a formação de pesquisadores que possam investigar como o universo funciona e difundir este conhecimento", argumenta.

Ainda assim, ele afirma que a física é uma das áreas mais bem desenvolvidas e sedimentadas no Brasil. "Desde a década de 1950 tem havido um esforço neste sentido, principalmente em função da política nuclear, considerada muito importante após a segunda guerra mundial. Então a partir daí houve um apoio muito grande para a área, que contribuiu para implementação do estudo de ciência básica no Brasil. O simples fato de termos cerca de cem professores neste instituto fazendo pesquisa coloca a USP em uma posição bastante privilegiada. Quanto mais gente capacitada se tem, melhor será a produção e a formação de alunos. Consequentemente, o IF se torna um grande pólo de atração, recebendo muitos alunos que querem fazer pós-graduação, desde mestrado até pós-doutorado."

Neste contexto favorável é que Rivelles desenvolve o projeto temático Gravitação Quântica. Um projeto temático é uma bolsa concedida pela Fundação de Apoio à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp) para a formalização de um grupo de pesquisadores com uma área bem delimitada. Neste caso estão envolvidos o próprio professor, como coordernador, mais quatro alunos de doutorado e dois de pós-doutorado do IF.

Outra iniciativa por ele capitaneada, com apoio do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), é a Rede Sul Americana de Gravitação Quântica (Prosul). Trata-se de uma rede pesquisadores de Brasil, Chile, Argentina, Uruguai e Venezuela que desenvolve estudos na área, troca experiências, trabalhos, resultados, publica em conjunto e organiza reuniões e eventos como workshops. "Este intercâmbio e o apoio que recebemos das agências de fomento são fundamentais para o andamento das pesquisas", conclui.

(Por Luiza Caires, USP Online, 04/02/2009)